电容器的爆炸火灾原因及预防措施

吕俊霞

(河南工业职业技术学院机电工程系，河南 南阳 473009)

0 引言

电力电容器适用于频率为50 Hz交流输配电系统与负荷相并联，用于提高功率因数、调整电网电压、降低线路损耗已经充分发挥发电、供电和用电设备的利用率，提高供电质量。一般连接在6～10 kV母线上。接在电网中的许多用电设备是根据电磁感应原理工作的。电容器在使用过程中，常常会出现爆炸或火灾事故，因此，我们应该采取相应的预防措施[1]。

1 电容器的爆炸

1.1 事故现象

某变电所发生过一起10 kV并联电容器爆炸起火事故。当时现场运行人员听到电容器室爆炸响声后，随即切断电容器组电源并进行灭火。故障的那只电容器安装在电容器组紧靠墙壁一侧。事故造成该电容器一侧墙壁灼伤，另一侧邻近的2只电容器烧坏，4只电容器的喷逐式熔丝被烘熔[2]。

1.2 事故原因分析

事故后发现爆炸起火的那只电容器熔断器熔断，熔体尾线搭在电容器外壳上，尾线与外壳接触处有放电痕迹。运行人员反映事故前1 h就已发现该电容器熔丝熔断，熔体尾线搭挂在电容器外壳上，只是未发现其他异常情况。

该所电容器组为单星形接线，设置过流、过压及失压保护，装设了保护单台电容器的专用喷逐式熔断器，由于未设置三相不平衡保护，单台电容器熔断，不会造成电容器开关跳闸。

一般情况下，电容器熔断器熔断后，熔丝尾线挂在外壳上是不会使电容器带电的，但故障前几分钟，该所一条10 kV出线断线搭挂在线路配电变压器接地的金属台架上，造成单相接地。单相接地时出现周期性熄灭和重燃的间歇电弧，引起中性点对地的电弧接地过电压可能达到5倍相电压。此过电压通过电容器组中性点和大地及接地的电容器外壳，熔断了的熔体尾线直接加至该电容器，造成其内部元件全击穿引起爆炸起火事故[2]。

并联电容器的损坏原因有以下几个方面。

(1)切电容器组时，由于开关重燃引起的重燃过电压，造成电容器极间绝缘损伤甚至击穿(有的电容器组无任何过电压保护措施，也无串联电抗器，平均每天操作1次)。

(2)电容器投入时的涌流过大，地网的谐波超标引起过电流，使电容器过热，绝缘降低，乃至损坏。

(3)电容器没有配备单台熔丝，或虽有熔丝但熔丝特性太差(安秒特性)。当电容器内部元件严重击穿产生故障电流时，熔丝不能及时熔断。同时，有效的继电保护措施未跟上，过电流使电容器内部的温度急速上升。导致电容器膨胀或爆炸。

(4)产品质量差。油纸绝缘没有在严格的真空下干燥和浸渍处理，在长期工作电压下，内部残存气泡产生局部放电现象。局部放电进一步导致绝缘损伤与老化，温升也随之增加，最终导致元件电化学击穿，电容器损坏[2]。

2 电容器的火灾原因

电力电容器最普遍的故障是元件极间或对外壳绝缘击穿，故障发展过程一般为先出现热击穿，逐步发展到电击穿，在高温和电弧作用下，产生大量气体，使其压力急剧上升，最后电容器外壳膨胀破裂，甚至爆炸起火，当某一电容器发生爆炸后，极有可能引发其余电容器爆炸而起火，引起整个电容器室火灾。一般情况下，引起电力电容器击穿并导致火灾的原因有以下几种[2]。

温度过高。电力电容器的运行介质依照材料和浸渍剂的不同，都有规定的最高允许温度，在运行过程中，若电容器内部介质超过规定，可导致介质耐压强度降低和介质损耗迅速增加而起火。另外，室温过高，电容器也会发热起火。电容器中元件与外壳之间的绝缘油介电系数低，燃点不高，容易发生燃烧。保养不到位，例如，电容器温度过高，未采取降温措施，致使绝缘油措施大量的气体使得箱壁变形鼓肚;未定期清洁电容器，电容器瓷瓶表面污秽严重，在电网出现内、外过电压和系统谐振的情况下导致绝缘击穿，表面放电，造成瓷瓶套管闪络破损。

电容器的能量损耗主要是极板之间的介质损耗和导电部分的热损耗，它将导致电容器发热。若不随着能量的损害而改变冷却条件，温度必然会升高，特别是将电容器分层排列时，更应该考虑散热问题，以免由于温度过高，增大了介质的热游离，而使器件损坏、介质击穿，发生爆炸起火。

选用保护电容器熔断器熔丝的额定电流偏大;电容器组采用的不平衡或差动继电保护及延时过流保护等整定值偏大，整定时间过长等，一旦电容器发生故障时不能起到保护作用，造成火灾爆炸事故的发生。

运行电压过高，容易击穿电容器绝缘，形成相间或对地短路而引起火灾。

高次谐波导致系统运行电流、电压正弦波畸变，加速绝缘介质老化，降低设备使用寿命或因长期过热而损坏，特别是当高次谐波发生谐振时，最容易使电容器过负荷、过热、振动甚至损坏。运行电流过大，会使电容器的温升增加。破坏其热平衡，导致火灾。

电容器装置的断开与接入运行时的过渡过程会发生过电压和涌流。断开时，由于开关触点的运动速度不一定快，会使开关触点重燃而引起过电压，每重燃一次，电容器上的电压将增加2倍幅值，电容器接入时，会引起极大的涌流，特别是电容器带电荷接入，会带来更严重的后果。电容器断开和接入的过程中，由于过电压和涌流的存在，会引起短路。元器件击穿，电容器爆炸，大部分电容器火灾就是在此时发生的[2]。

电容器自动放电装置放电时，所储存的电场能量将转变为放电电阻上的热能，其热量在各放电电路上并不一致，而是与它们的电阻值在整个放电电路总电阻中所占的比值成正比。放电过程尽管很快，但放出的热量仍远不足使熔断器动作，而当某一电容器内部发生短路时，所有的电容器都要对它进行放电。这时，若自动放电装置损坏，会使电容器内热量急剧增加，导致油箱破裂，爆炸起火[3]。

电容器投入电网时形成振荡回路，产生过电压和过电流。在频繁过电压的作用下，电容器的局部放电不断得到激发而加剧，其结果必然对绝缘介质的老化和电容量的衰减其促进作用。一般认为电压升高10%，寿命降低一半。GB/T 12747.1—2004中规定，电容器操作每年不超过5000次，原因是投入电容器所生产的过电压虽然是瞬间的，但过电压对绝缘介质的影响是能够积累的。在安装自动补偿装置后，电容器组频繁动作，加速了电容器绝缘介质的老化，逐步发展到电击穿，最后导致电容器爆炸而引起火灾。

未能及时发现电容器瓷套管及外壳漏油，导致套管内部受潮、绝缘电阻降低造成击穿放电;运行中未能及时发现内部发生局部放电等。

电容器自身结构不合理、制造质量差，如密封不严、对地绝缘不良等。电容器电极对油箱的绝缘处理工艺不当、产品元件质量差等是造成局部放电的原因，在电极边缘、拐角和引线接触处电场强度和电流密度都很高，容易发生局部放电和过热烧伤绝缘导致电容元件击穿。

电容器组未按照在电容器技术条件要求的环境中，或电容器组的安装未按照电容器安装工艺要求安装，如电容器室未安装风扇冷却装置，电容器桩头接线松动发热，使电容器局部发热，直至引起火灾[3]。

3 防止电容器爆炸的技术措施

禁止使用重燃率极高的SN1－10少油开关切合电容器组(可更换为SM10－10，ZN－10开关)。

采用氧化锌避雷器保护，可作为防止电容器内部元件击穿的防线。

对有2组及以上电容器进行相互合切时，必须加装串联电抗器。

电容器组尽可能采用中性点不接地的双星形接线，并采用双Y零流平衡保护。

定期测量电容器的电容量，一旦发现变化较大，立即退出运行[3]。

4 电容器火灾的预防措施

电力电容器都是充油的。如果电力系统超负荷，温度过高或者电器元件老化等，电力电容器容易发生爆炸引发火灾，势必会造成电力系统的停电事故。怎样预防电力电容器火灾呢?

电力电容器的安装环境应满足制造厂规定的技术条件要求。电力电容器室最好是单独的防火建筑，如果电力电容器数量不超过20台，也允许与开关柜在同一个房间内，但电容柜应当单独排列，不得与开关柜混在一起。电力电容器室应通风良好，百叶窗应加铁丝网，以防小动物钻进去。电力电容器室不应有窗户，门应朝北或朝东向开，应能向左右开180°。最好是铁门。如果是木质门，应包上铁皮。室温不应超过40℃，湿度不得大于80%，而且周围环境不得含有对金属和绝缘有害的侵蚀性气体、蒸汽及尘埃。不得堆积有易燃易爆物品或杂物[4]。

电力电容器安装一般不应超过3层。电力电容器母线对上层架构的垂直距离应不小于200 mm，底部距地面应不小于300 mm。电力电容器架构间的水平距离应不小于0.5 m，每台电力电容器之间的距离应不小于50 mm。电力电容器的铭牌应朝向通道。电力电容器外壳应可靠接地，应该设置温度计和贴示温蜡片，以便监视运行温度。

对电力电容器进行安全检查时，要注意以下几点。检查温升情况，如果室温超过了规定的限度，就要采取通风降温措施。听一听电力电容器运行中有无异常响声。看一看电力电容器外壳有无膨胀鼓起现象。当电力电容器母线电压超过规定电压的1.1倍或电流超过额定电流的1.3倍以及室温超过时40℃，电力电容器应该退出运行[2]。

电力电容器最容易发生事故的时间是用电高峰和温度升高时。因此，在这个时间一定要加强对电力电容器的巡视检查。总之，精心操作，电力电容器安全运行就有了保证。一旦电力电容器发生火灾，由于是带电燃烧，蔓延迅速，扑救困难，危险较大。因此，电力电容器室内要备用适宜扑救带电设备的灭火器，如二氧化碳、卤化烷灭火器等。当然，万一电力电容器发生爆炸火灾，应该立即切断电源，预防触电。在紧急情况下拉闸断电时，注意不要带大负荷拉闸，以免电弧把人烧伤[4]。

虽然电力电容器在使用过程中很容易引发火灾。但是，只要加强预防，严格按安全规程操作。火灾事故还是完全可以避免的。装设可燃性介质电容器的电容器室，其耐火等级应不低于2级，室内应有良好的通风，保证室内温度低于45℃，并采取防雨雪和小动物爬入的措施。电容器可以分层安装，但层与层之间不得有隔板，以免妨碍通风。电容器室严禁使用木板、油毛毡等易燃材料，不应装在潮湿、多尘、高温、有腐蚀其他及长期受振动的环境里运行，当采用油质电容器时，电容器室建筑物的耐压等级要求为:额定电压为1 kV以上时不低于2级;额定电压为1 kV以下时不低于3级。

传统的电容器检测方法为断电、离线进行，影响电网的供电质量，并且测量结果是静态的，而电容器故障是随机的。采用电容器实时监控系统通过检测流过电容器的电流、容量及介质损耗正切值来判断电容器是否故障，由于电容器和介质损耗角的变化是放电积累到一定程度的结果，所以一般滞后于故障。而局部放电是电容器普遍故障的前兆。因此，可以通过采用实时监控电容器局部放电的先进技术，能够及时地发现电容器故障，有效地防止事故发生[4]。

定期校验电容器保护的可靠性，以及对电容器组校验工作规范化。例如，对电容器的电容量和熔断器的检查，每个月不少于1次，在1年内要测量电容器的损耗正切角2～3次，目的是检查电容器的可靠性。对无熔丝保护的电容器应根据具体情况，采取分组熔丝保护、双星形接线的零相电流平衡保护、双三角形接线的横差保护、单三角形接线的零序电流保护。

电容器投入运行前，必须接线检查和交接试验，试验合格后，方可投入使用。减少投切次数，采取电容器组循环投切，同时延长自动补偿装置控制器的延时时间间隔，从而减少投切次数，使得每组电容器的投切不超过5000次/年。在有电容器补偿的变电所送电时，先合各路出线开关，后合电容器开关。停电时，先拉开电容器开关，后拉开各路出线开关[4]。

电容器运行操作人员应建立日常巡视检查、定期停电检查和特殊巡视检查制度，要填写检查记录，注意观察电力电容器运行的电压、电流和环境温度不得超过制造厂家规定的范围。检查时发现电容器外壳有膨胀、漏油、渗油，或者箱壁产生棱角、严重凸出、产生异响，都应立即停用，防止电容器爆炸起火。

综上所述，我们可以知道，电力电容器的作用，电容器火灾及爆炸产生的原因，预防电容器爆炸和火灾的措施和方法。在实际应用中，应全面综合考虑多种因素的影响，为电容器提供必要的运行条件，尽可能减少电容器存在的不安全因素。那么，电容器就能够正常稳定的工作，使电力更好地为人类服务。

[1]雷玉贵.变电检修[M].北京:中国水利水电出版社，2006.

[2]周志敏，周纪海，纪爱华.无功补偿电容器配置运行维护[M].北京:电子工业出版社，2009.

[3]芮静康.常见电气故障的诊断与维修[M].北京:机械工业出版社，2007.

[4]陈家斌.变电运行与管理技术[M].北京:中国电力出版社，2004.